Информация с сайта www. katera-lodki. ru
Выбор оптимального гребного винта
Подбор оптимального гребного винта для комплекса «лодка + мотор» - задача не из простых, как это может показаться на первый взгляд. Более того, точно подобрать винт для различных условий эксплуатации практически невозможно, поскольку на движитель действует одновременно множество меняющихся факторов.
- Тяжёлый и лёгкий гребной винт Методы измерения шага гребного винта
Подбор гребного винта происходит приближенно по эмпирическим формулам, основанным на обработке результатов испытаний гребных винтов для каждого конкретного сочетания судна и двигателя. Каждая такая формула составляется поданным о винтах определенного типа и, естественно, не может гарантировать результат, близкий к оптимальному. Более надежный метод — пользоваться несколькими такими формулами или составленными по ним графиками, чтобы в результате прийти к «золотой середине».
На практике элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать, располагая лишь кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей. Здесь мы не будем касаться вопроса влияния формы лопастей на эффективность винта, поскольку в подавляющем большинстве случаев конфигурацию лопастей своими силами не изменяют. Гораздо более насущным является определение оптимального диаметра и шага винта. Стараясь не загромождать материал математическими выкладками, укажем только, что для определения диаметра гребного винта наиболее важными исходными данными являются мощность, частота вращения и скорость. Эти величины обычно выводятся на график (рис. 39).
Рис. 39. График для определения диаметра трехлопастного винта при мощности от 5 до 45 л. с.
Для выполнения вспомогательных вычислений необходима номограмма для определения поступательной скорости встречи винта с водой (рис. 40). Ясно, что поступательная скорость v встречи винта с водой меньше скорости vx хода судна, так как за и под кормой, где находится винт, корпус задерживает и увлекает за собой воду, ввиду чего возникает попутный поток. Скорость движения этого потока зависит от обводов кормы и от места расположения винта. Чем больше объем кормы и менее плавны ее обводы, а также чем ближе к корпусу расположен винт, тем значительнее замедление потока, набегающего на винт. Это замедление учитывается коэффициентом попутного потока w: w = (vx—v)/vx. На рис. 40 приведена номограмма для определения скорости встречи винта с потоком, если известны скорость хода и тип судна. Пользование этой номограммой состоит в следующем.
Рис.40. Номограммадля определения поступательной скорости встречи винта с водой
Найдя на шкале 1 деление, соответствующее типу судна, а на шкале 2 деление, соответствующее ожидаемой скорости хода судна, нужно положить линейку так, чтобы ее ребро соединило эти два деления. Тогда пересечение ребра линейки со шкалой 3 укажет искомую скорость встречи винта с водой. Например, если судно остроскулое и мы ожидаем скорость хода vx = 30 км/час, то этому судну соответствует на шкале 1 деление «Остроскулое средней быстроходности» 0,08, а на шкале 2 деление против числа 30. Приложив линейку к этим двум делениям, найдем, что ее ребро пересекает шкалу 3 немного выше деления 7,5. Поэтому искомая скорость встречи винта с водой v = 7,6 м/сек. Если бы судно было остроскулым, быстроходным, со скоростью хода vx = 80 км/час, то скорость v была бы равна v = 21 м/сек.
Помимо указанной номограммы для подбора винта нужно использовать график для определения шага винта (рис. 41).
Pиc. 41. Номограмма для определения шага винта
В качестве примера использования графика на практике приведем вариант подбора винта для судна со следующими параметрами:
- Полное водоизмещение Δ= 1200кг; Δ/Nвал = 57кг/л. с. Мощность на валу Nвал= 21 л. с. Число оборотов винта n = 1000 об/мин = 16,7 об/сек; Ожидаемая скорость хода: νx — 25 км/час; Коэффициент попутного потока: w = 0,18;Относительное скольжение: s = 0,26 (см. рис. 40); КПД силовой передачи: ηсп = 0,95.
Определим величины, которые потребуются для подбора винта:
- N = 21x0,95 = 20л. с. ν = 5,55 м/сек = 20 км/час.
Определяем по графику (рис. 41) шаг винта Н:
Задано: ν = м/сек; n = 16,7 об/сек; s = 0,26.
Прикладывая линейку к делениям 5,55 и 16,7 на шкалах, соответственно 1 и 2, получаем на оси 3 точку пересечения, соединив которую с делением 0,26 на шкале 4, получаем на шкале 5: Н = 0,450 м. Определить диаметра винта можно с помощью графика (рис. 39). Определим диаметр винта для предыдущего примера (n = 16,7 об/ сек; N = 20 л. с; ν = 5,55 м/сек). Соединяя линейкой деления 16,7 и 20 на шкалах 1 и 2, а затем полученную точку пересечения на оси 3 с делением 5,55 на шкале 4, на шкале 5 получим ответ: D = 0,43 м.
Каждый двигатель имеет так называемую внешнюю характеристику — зависимость снимаемой с вала мощности от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке. График изменения мощности, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от частоты вращения двигателя, называется винтовой характеристикой и присуща только винту с определенными шагом и диаметром. Взаимное расположение этих характеристик на осях координат и в особенности положение точки их пересечения показывают степень эффективного использования мощности двигателя. Для наглядности здесь приведены данные внешней и винтовой характеристик отечественного мотора «Вихрь» (рис. 42).
Рис. 42. Внешняя и винтовая характеристики мотора «Вихрь». Кривая 1 на рисунке иллюстрирует внешнюю характеристику мотора, а кривые 2, 3 и 4—винтовые характеристики разных винтов. При увеличении шага и диаметра винта свыше оптимальных значений лопасти начинают захватывать и отбрасывать назад слишком большие объемы воды; упор при этом возрастает, но одновременно увеличивается и потребный крутящий момент на гребном валу. Винтовая характеристика 2 такого винта пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке А. Координаты этой точки показывают, что двигатель отдает всего 12 л. с. вместо 22 л. с. Такой гребной винт следует отнести к гидродинамически тяжелым винтам. И наоборот, если шаг или диаметр винта малы (кривая 4), и упор и потребный крутящий момент будут меньше, то двигатель не только легко разовьет, но и превысит значение номинальной частоты вращения коленвала. Режим его работы будет характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет использоваться не полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с повышенными нагрузками и износом деталей. При этом надо иметь в виду, что поскольку упор винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт относят к гидродинамически легким. Как уже говорилось, для каждого конкретного сочетания судна и двигателя существует оптимальный гребной винт. Для рассматриваемого примера такой оптимальный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности. Численные рекомендации для наиболее популярных моторов мощностью 20-25 л. с. могут быть следующие. Штатные гребные винты, имеющие Н=280—300 мм, дают оптимальные результаты на сравнительно плоскодонных лодках с массой корпуса до 150 кг и нагрузкой 1—2 чел. На еще более легкой лодке массой до 100 кг можно получить прирост скорости за счет увеличения Н на 8-12%. На более тяжелых глиссирующих корпусах, имеющих большую килеватость днища и при большой нагрузке (4-5 чел.), шаг винта может быть уменьшен на 10 — 15% (до 240-220 мм), но использовать такой винт при поездке без пассажиров с малой нагрузкой не рекомендуется: двигатель будет «перекручивать обороты» и быстро выйдет из строя.
|
